Study of the swell behaviour of rubber compounds

Die Extrusion wird in der Herstellung von Gummiprodukten wie Reifenprofilen, Seitenwänden, Felgenstreifen, Drähten und Schläuchen häufig eingesetzt. Ein signifikantes Quellphänomen tritt auf, wenn Gummi aus der Düse extrudiert wird, begleitet von Fließinstabilitäten. Beide Faktoren spielen eine entscheidende Rolle für die dimensionsstabile und das Erscheinungsbild der Extrudate, was direkt die Qualität der Endprodukte und die Produktionskosten beeinflusst. Daher untersucht diese Dissertation das Quellverhalten von zwei verschiedenen Gummiverbindungen (R und S). Die Hauptarbeiten umfassen Folgendes:
(1) Die Einflüsse des Mischprozesses, einschließlich Mischtemperatur, Mischzeit und Rotordrehzahl des Innenmixers, auf die rheologischen Eigenschaften der Gummiverbindungen werden untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass das Quellverhalten und die Oberflächenrauhigkeit der Extrudate von R und S verbessert werden können. Eine verlängerte Mischzeit trägt zur Verbesserung des Quellverhaltens und der Morphologie der Extrudate bei. Mit steigender Rotordrehzahl nimmt der B-Wert zunächst ab und bleibt dann annähernd konstant, während der B-Wert der S-Verbindung nicht signifikant von der Rotordrehzahl beeinflusst wird.
(2) Die Einflüsse der Lagerzeit der Verbindungen und der Extrusionsparameter werden untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass eine verlängerte Lagerzeit zu einer Erhöhung des Quellverhältnisses für die R- und S-Verbindungen sowie zu einer Verschlechterung der Morphologie der Extrudate führt. Der B-Wert ist proportional zur Umgebungstemperatur. Bei steigender Extrusionstemperatur reagiert die S-Verbindung empfindlicher auf die Temperatur.
(3) Die Einflüsse des Gehalts an Kohlenstoffnanotuben (CNT) sowie der in-situ-Modifikation von CNT mit bis(triethoxysilylpropyl)disulfid (Si75) und (3-aminopropyl)triethoxysilan (KH550) auf die rheologischen Eigenschaften der Gummiverbindungen werden untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass der Quellwert mit steigendem HCNT-Gehalt abnimmt. Die mit Si75-modifizierten hydroxilierten CNT (HCNT) verstärkten Extrudate weisen einen niedrigeren Quellwert auf. Im Gegensatz dazu zeigen die mit KH550-modifiziertem HCNT gefüllten Extrudate aufgrund von Vorvernetzungen einen höheren B-Wert.
(4) Basierend auf den experimentellen Ergebnissen wird das Quellverhalten mit verschiedenen konstitutiven Modellen (PTT, Giesekus und FENE-P) simuliert. Die Ergebnisse zeigen, dass das PTT-Modell näher an den experimentellen Werten der S-Verbindung liegt, während das FENE-P-Modell mit den experimentellen Werten der R-Verbindung übereinstimmt. Darüber hinaus werden die Verteilungen von Geschwindigkeit, Druck und Spannungen diskutiert.
(5) Abschließend werden die Auswirkungen verschiedener Faktoren auf die R- und S-Verbindungen zusammengefasst, um der Gummiindustrie Orientierungshilfen zur Reduzierung von Oberflächenfehlern und zur Verbesserung der dimensionsstabilen Extrudate während des Extrusionsprozesses bereitzustellen.